RNA干渉（RNAi）とは：仕組み・miRNA・siRNAの役割と応用

RNA干渉（RNAi）の仕組みをわかりやすく解説：miRNA・siRNAの役割と医療・研究への応用例を詳しく紹介

RNA干渉（RNAi）は、生きている細胞内のプロセスです。その遺伝子の活性を調整（調節）する。RNAi分子は遺伝子制御の鍵を握っている。2006年には、1998年に発表された線虫Caenorhabditis elegansのRNA干渉に関する研究で、アンドリュー・ファイヤーとクレイグ・メロがノーベル生理学・医学賞を受賞しました。

マイクロRNA（miRNA）と小干渉RNA（siRNA）の2種類の小分子がその働きをしています。これらの小さなRNAは、通常のメッセンジャーRNA（mRNA）分子に結合し、その活性を増減させます。また、mRNAがタンパク質を産生するのを防ぐこともできます。RNA 干渉は、ウイルスやトランスポゾンなどの外来ヌクレオチド配列から細胞を防御します。また、発生を制御し、一般的には遺伝子発現を制御します。

RNAi経路は、動物を含む多くの真核生物に見られる。RNAiは、細胞培養や生体内での貴重な研究ツールです。細胞に導入された合成dsRNAは、関心のある特定の遺伝子を抑制することができる。RNAiは、細胞のプロセスや細胞分裂を解析するために、各遺伝子を遮断する大規模なスクリーンに使用されることがあります。また、この経路はバイオテクノロジーや医学の実用的なツールとしても利用されています。

RNA干渉の仕組み（概略）

RNAi の基本的な流れは次の通りです。まず長い二本鎖RNA（dsRNA）や細胞内で形成されるヘアピン構造の前駆体RNAが特定の酵素によって切断され、長さ約20–25塩基の短い二本鎖RNA（siRNA や pre-miRNA）が生成されます。主要な酵素には Dicer があり、これが前駆体を切断します。次に、片方の鎖（ガイド鎖）が RISC（RNA誘導サイレンシング複合体） に取り込まれ、そこでターゲットの mRNA と相補的に結合します。相補性が高ければ、RISC に含まれる Argonaute（AGO） タンパク質が mRNA を切断して分解し、翻訳を阻害します。相補性が部分的な場合は、翻訳の抑制や mRNA の不安定化（デッドエニレーションやデキャッピングの誘導）を通じて発現が低下します。

miRNA と siRNA の違い

• miRNA（マイクロRNA）：主に内在性（細胞自身が作る）RNA前駆体から作られます。前駆体はヘアピン構造を形成しており、Dicer によって切断されて成熟します。miRNA は標的 mRNA と完全には一致しないことが多く、主に翻訳抑制や mRNA の安定性低下を通じて遺伝子発現を調節します。発生や組織特異的な遺伝子制御、細胞分化などで重要な役割を果たします。
• siRNA（小干渉RNA）：長い二本鎖RNA の分解や外来性（ウイルス由来や実験的導入）dsRNA から生じます。siRNA は標的 mRNA と高い相補性を示すことが多く、結合後に mRNA の切断（分解）を直接誘導します。実験的には特定遺伝子のノックダウン（発現抑制）に広く利用されます。

生物学的役割と多様性

RNAi は単なる遺伝子サイレンシングだけでなく、多面的な生物学的機能を持ちます。例として：

• ウイルスやトランスポゾンの抑制による遺伝子ゲノムの安定化
• 発生過程や細胞運命決定における遺伝子発現の微調整
• ヘテロクロマチン形成や転写後制御を通じた染色体構造の維持
• 植物や一部の動物では、RNA依存性RNAポリメラーゼ（RdRP）による二次siRNA の増幅があり、シグナルが増幅して広範に伝播することがある

研究と医療への応用

RNAi は研究ツールとして、遺伝子機能の解析や大型スクリーニングにおいて強力です。さらに、臨床応用も進んでいます。現在の応用例と進展は次の通りです：

• 遺伝子ノックダウン実験：siRNA、短髪形RNA（shRNA）、esiRNA などを用いた特異的な遺伝子発現抑制
• 治療薬：核酸医薬としてのsiRNA 医薬は既に実用化されたものがあり（例：patisiran など）、肝疾患や遺伝性疾患を標的とする治療が試みられています。
• 送達技術の進歩：リポソームやリピッドナノ粒子（LNP）、GalNAc 結合による肝臓への選択的送達など、安定性と標的化を高める技術が開発されています。
• バイオマーカーや診断への応用：特定 miRNA の発現パターンが疾患診断や予後予測に利用される研究が進行中です。

課題と注意点

臨床応用や研究利用にあたってはいくつかの課題があります：

• デリバリー（送達）：標的組織への効率的かつ安全な送達は依然大きな課題です。
• オフターゲット効果：非特異的に他の遺伝子が抑制されるリスクがあり、設計と検証が重要です。
• 免疫応答：一部のdsRNA は免疫を刺激するため、化学修飾や投与法の工夫が必要です。
• 安定性と代謝：体内での分解を避けるための修飾やキャリア設計が求められます。

補足：関連する分子と技術

RNAi は CRISPR/Cas 系列のような他の遺伝子機能操作技術と補完関係にあります。RNAi は一時的な遺伝子サイレンシングに適し、CRISPR は遺伝子の恒久的改変に使われることが多いです。また、piRNA（PIWI結合RNA）など、特に生殖細胞でトランスポゾン抑制に関わる別の小RNA 経路も知られており、RNAベースの制御は多様です。

まとめると、RNA干渉は遺伝子発現を制御する強力で普遍的な仕組みであり、基礎生物学から臨床応用まで幅広く重要な役割を果たしています。一方で、安全で効果的な応用のためには設計、送達、オフターゲット低減などの技術的課題を慎重に扱う必要があります。

質問と回答

Q:RNA干渉とは何ですか?

Q: RNA干渉の研究でノーベル賞を受賞したのは誰ですか?

Q: このプロセスに関与する2種類の低分子RNAとは何ですか?

Q: これらの低分子RNAは遺伝子発現にどのような影響を与えるのですか?

Q: RNAiは生体内で他にどのような役割を担っているのですか?

Q: この経路は実用化されているのでしょうか?

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